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Flutuação e Estabilidade: Flutuar e Afundar

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A flutuação e o afundamento podem ser explicados em termos de força de empuxo. Imagine-se colocando um bloco de algum material embaixo d'água e soltando-o. Se a força de empuxo ascendente do bloco for maior que seu peso descendente, o bloco irá subir para a superfície e flutuar. Por outro lado, se o peso do bloco for maior que a força de empuxo, ele irá descer até o fundo.

Agora, imagine que você submerge um bloco retangular de água encapsulado por um material plástico muito fino. Como antes, a força ascendente no fundo do "bloco" é maior que a força descendente do topo, então há uma força de empuxo ascendente agindo sobre o bloco de água. O que aconteceria se você soltasse o “bloco de água”?

bloco
peso
 
Força de apoio 
empuxo
de empuxo
 

O resultado é que o "bloco de água" nem flutua nem afunda. Na ausência de correntes ou alterações de temperatura, a água geralmente fica onde está. A força de empuxo é igual ao peso da água no volume do bloco.

Um bloco feito de material mais denso que a água afunda, pois seu peso é maior que a força de empuxo que age de forma ascendente sobre bloco.

Um bloco feito de material menos denso que a água flutua, pois seu peso é menor que a força de empuxo que age de forma ascendente sobre o bloco se ele estivesse totalmente submerso.

O bloco afunda na água até que desloque uma quantidade de água igual a seu peso. Nesse ponto, a força de empuxo ascendente é exatamente igual ao peso do bloco flutuante.

Em outras palavras, quando o objeto estiver parcial ou completamente submerso em um líquido, ele desloca um pouco desse líquido. Ou seja, a superfície do objeto empurra um pouco do líquido para fora de seu caminho. A forma e o volume do líquido deslocado é o mesmo que a forma e o volume da parte do objeto que está submersa.

Isso nos leva ao Princípio de Arquimedes:

A intensidade da força de empuxo ascendente sobre um objeto parcial ou completamente submerso é igual ao peso do líquido deslocado por esse objeto.

No caso de um objeto completamente submerso, a intensidade da força de empuxo que age de forma ascendente sobre ele seria igual ao peso da quantidade de água que encheria o volume do bloco.